电机驱动装置制造方法
【专利摘要】一种用于驱动具有多个绕组对（17，18）的电机（10）的电机驱动装置（2），包括用于多个绕组对（17，18）的多个逆变器单元（20，30）。多个逆变器单元（20，30）并联地耦接到电源（50）。为多个逆变器单元（20，30）设置的多个电容器（44，49）以及多个功率继电器（41，46）设置于电源（50）与多个逆变器单元（20，30）之间。具体而言，为每个逆变器单元（20，30）设置功率继电器（41，46）设置。控制单元（60）检测功率继电器（41，46）的短路故障，并同时开启没有短路故障的功率继电器（41，46）。通过这种方式，防止了由于大电流对功率继电器（41，46）的损害以及对电机驱动装置（2）的其他电子组件的损害。
【专利说明】电机驱动装置【技术领域】
[0001]本公开总体涉及用于驱动具有多个绕组对的电机的电机驱动装置。
【背景技术】
[0002]电机驱动装置驱动具有多个绕组对的电机。如果在一个绕组对的一部分或者在形成为一个绕组对以及与其对应的逆变器等等的组合的一个“系统”中出现故障，则通过停止有故障的系统(即故障系统)以及通过操作正常的系统(或者换言之，无故障的系统(即正常系统))继续驱动电机。这种电机驱动装置公开于JP-A-2011-142744 (专利文献I)中。此外专利文献I还公开了在启动电机驱动装置的操作之前进行故障检测，检测电机驱动装置的故障。
[0003]如同专利文献I所述，在对多个系统的每个系统进行故障检测时，系统与系统之间的故障检测结束时间可以不同。在这种情况下，如果系统与系统之间(即一个绕组对与另一个绕组对之间)用于启动电源的电源时间不同，那么在仅为多个系统的一部分提供电源的周期里，因为系统的故障检测结束时间不同，通过多个系统的该一部分产生的转矩可能不同于预定值。因此，为了避免其中转矩不同于预定值的转矩不足周期，专利文献I公开了通过等候所有多个系统的故障检测的完成，启动用于全部绕组对的电源。
[0004]此外，在专利文献I中，为了在每个功率继电器中未检测到短路故障时开启功率继电器，逐系统地检测功率继电器的短路故障(即短路电路)。因此，当系统与系统之间的短路故障检测时间不同时，系统与系统之间的功率继电器启动时间也不同。
[0005]此外，可能有这样的情况，其中关联于逆变器来设置电容器。在这种情况下，如果系统与系统之间的功率继电器启动时间不同，那么具有在其他系统之前设置的功率继电器启动时间的系统的电容器之中存储有电荷。当功率继电器启动时间到达具有后续功率继电器启动时间的其他系统时，在一个电容器中的这种电荷可以作为大电流通过低阻抗电流路径释放到具有后续时间的其他系统。这种大电流可以损坏功率继电器、逆变器和/或其中功率继电器在后来启动的其他系统的衬底。
【发明内容】
[0006]在本公开的方案中，电机驱动装置驱动具有多个绕组的电机。电机驱动装置包括逆变器单元、电容器、功率继电器和控制单元。逆变器单元针对多个绕组对的每个绕组对设置，并且多个逆变器单元相互并联地连接电源。多个电容器耦接到逆变器单元，使得每个逆变器单元具有至少一个电容器。功率继电器设置于电源与逆变器单元之间，并针对每个逆变器单元设置。控制单元具有驱动控制单元和故障检测单元。驱动控制单元控制逆变器单元和功率继电器的驱动。故障检测单元检测功率继电器的短路故障(即短路)。此外，驱动控制单元同时开启被故障检测单元检测为没有短路故障的功率继电器。
[0007]通过这种方式，同时开启 没有短路故障的功率继电器。因此，对应的电容器不被充电，并且防止了从电容器通过低阻抗路径到电路其他部分的大电流的放电。因此，防止了电机驱动装置的故障和/或损坏。
[0008]此外，因为多个逆变器单元相互并联地连接到电源，所以通过同时开启功率继电器，减少了从电源流向每个逆变器单元的冲击电流。因此，例如可将逆变器单元的开关元件配置为具有低电流容忍值的组件，这样降低了电机驱动装置的总体积。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]根据以下参照附图提供的详细描述，本公开的其他目的、特征和优点将变得更加显然，在附图中:
[0010]图1是电功率转向设备的示意图；
[0011]图2是电功率转向设备的电机驱动装置的示意图；
[0012]图3是功率继电器短路故障检测处理的流程图；以及
[0013]图4是逆变器故障检测处理的流程图。
【具体实施方式】
[0014]下面参照附图描述电机驱动装置以及使用电机驱动装置的电功率转向设备。
[0015]参照图1，本公开的电机驱动装置2被应用于电功率转向设备I。
[0016]转向系统90包括电功率转向设备1、方向盘91和转向轴92。由车辆驾驶员操作的方向盘91连接转向轴92。小齿轮(pinion gear) 96设置于转向轴92的一端。小齿轮96与齿条轴97啮合。在齿条轴97两端，通过连接杆等等以可旋转的方式设置一对轮胎(SP车轮)98。通过这种方式，当驾驶员转动方向盘91时，转向轴92旋转，并且这种旋转通过小齿轮96转换为齿条轴97的线性运动，并且左右侧的轮胎98转动一个角度，该角度符合齿条轴97的线性运动。
[0017]转向轴92具有转矩传感器94，用于检测施加于方向盘91的转向转矩Tq。
[0018]电功率转向设备I包括电机驱动装置2、电机10和齿轮89，电机10输出转矩，用于帮助驾驶员对方向盘91的转向操作。电机10是三相无刷电机，向齿轮89提供正反向旋转。齿轮89减少电机10的旋转数并将旋转传输给转向轴92。通过这种方式，电功率转向设备I向转向轴92传输符合方向盘91的转动方向和转向转矩Tq的辅助转矩。
[0019]电机10具有定子、转子和轴(均未示出)。转子是以轴旋转的部件，并具有设置在表面上、充当磁极的永磁铁。定子在每个预定角度、具有在向心方向上突出的突出部，以下线圈缠绕在突出部上，即Ul线圈11、V1线圈12、W1线圈13、U2线圈14、V2线圈15以及W2线圈16(参见图2)。Ul线圈11、V1线圈12和Wl线圈13例如为Λ连接，以形成第一绕组对17。此外，U2线圈14、V2线圈15和W2线圈16例如为Λ连接，以形成第二绕组对18。第一绕组对17和第二绕组对18根据与充当电源的电池50的连接而彼此并联设置。此外，第一绕组对17与第二绕组对18对应于“绕组对”。
[0020]参照图2，电机驱动装置2包括充当逆变器单元的第一逆变器单元20和第二逆变器单元30、充当功率继电器的第一功率继电器41和第二功率继电器46、充当反向连接保护继电器的第一反向连接保护继电器42和第二反向连接保护继电器47以及控制单元60。
[0021]对于电机10的第一绕组对17，以对应的方式设置第一逆变器单元20、第一功率继电器41和第一反向连接保护继电器42。此外，对于电机10的第二绕组对18，以对应的方式设置第二逆变器单元30、第二功率继电器46和第二反向连接保护继电器47。在本实施例中，“系统”被定义为将逆变器单元以及其他组件与对应的绕组对组合的组合体(combination)。具体而言，系统100将第一绕组对17、第一逆变器单元20、第一功率继电器41和第一反向连接保护继电器42组合。此外，系统200将第二绕组对18、第二逆变器单元30、第二功率继电器46和第二反向连接保护继电器47组合。
[0022]第一逆变器单元20是三相逆变器，其中设置有6个开关元件21、22、23、24、25、26，以形成开关用于第一绕组对17的Ul线圈11、V1线圈12和Wl线圈13的电源的桥。
[0023]第二逆变器单元30是三相逆变器，其中设置6个开关元件31、32、33、34、35、36，以形成开关用于第二绕组对18的U2线圈14、V2线圈15和W2线圈16的电源的桥。
[0024]在本实施例中，使用MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)作为开关元件21至26、31至36，MOSFET是一种场效应晶体管。因此在下面的描述中将开关元件21至26、31至36指定为M0S21至26和M0S31至36。此外，MOS可以与对应的相、对应的系统或者对应的位置安排(例如“U1相高侧M0S21”等等)相关联。
[0025]第一逆变器单元20的M0S21的漏极连接第一 PIG线501 (稍后将对其进行描述)，源极连接M0S24的漏极。M0S24的源极通过分流电阻器27接地。M0S21的源极与M0S24的漏极之间的连接点连接到Ul线圈11的一端。
[0026]M0S22的漏极连接第一 PIG线501，源极连接M0S25的漏极。M0S25的源极通过分流电阻器28接地。M0S22的源极与M0S25的漏极之间的连接点连接到Vl线圈12的一端。
[0027]M0S23的漏极连接第一 PIG线501，源极连接M0S26的漏极。M0S26的源极通过分流电阻器29接地。M0S23的源极与M0S26的漏极之间的连接点连接到Wl线圈13的一端。
[0028]第二逆变器单元30的M0S31的漏极连接第二 PIG线502 (稍后将对其进行描述)，源极连接M0S34的漏极。M0S34的源极通过分流电阻器37接地。M0S31的源极与M0S34的漏极之间的连接点连接到U2线圈14的一端。
[0029]M0S32的漏极连接第二 PIG线502，源极连接M0S35的漏极。M0S35的源极通过分流电阻器38接地。M0S32的源极与M0S35的漏极之间的连接点连接到V2线圈15的一端。
[0030]M0S33的漏极连接第二 PIG线502，源极连接M0S36的漏极。M0S36的源极通过分流电阻器39接地。M0S33的源极与M0S36的漏极之间的连接点连接到W2线圈16的一端。
[0031]分流电阻器27至29、37至39用于检测提供给每相的电流。控制单元60基于分流电阻器27至29两端之间的电压来检测Ul线圈11、Vl线圈12和Wl线圈13的电流，并基于分流电阻器37至39两端之间的电压来检测U2线圈14、V2线圈15和W2线圈16的电流。
[0032]第一功率继电器41设置于电池50与第一逆变器单元20之间的位置。第一功率继电器41是类似于MOS的M0SFET，并被设置为其漏极连接到朝向电池50的一侧，其源极连接到朝向第一逆变器单元20的一侧。
[0033]第一反向连接保护继电器42设置于第一功率继电器41与第一逆变器单元20之间的位置。第一反向连接保护继电器42是类似于MOS的M0SFET，并被设置为其源极连接到朝向第一功率继电器41的一侧，其漏极连接到朝向第一逆变器单元20的一侧。此外，第一反向连接保护继电器42的寄生二极管相对于第一功率继电器41的寄生二极管的方向反向设置。通过这种方式，当电池50的极性或第一电容器44的极性被反向布置时，在两个方向上流动的电流都被拦截，从而保护电机驱动装置2。
[0034]此外，当第一系统100中出现故障时，通过控制单元60关闭第一功率继电器41和第一反向连接保护继电器42，控制单元60将第一功率继电器41和第一反向连接保护继电器42置于断开状态，防止电池50向第一逆变器单元20供电。
[0035]第二功率继电器46设置于电池50与第二逆变器单元30之间的位置。第二功率继电器46是类似于MOS的M0SFET，并被设置为其漏极连接到朝向电池50的一侧，其源极连接到朝向第二逆变器单元30的一侧。
[0036]第二反向连接保护继电器47设置于第二功率继电器46与第二逆变器单元30之间的位置。第二反向连接保护继电器47是类似于MOS的M0SFET，并被设置为其源极连接到朝向第二功率继电器46的一侧，其漏极连接到朝向第二逆变器单元30的一侧。此外，第二反向连接保护继电器47的寄生二极管相对于第二功率继电器46的寄生二极管的方向反向设置。通过这种方式，当电池50的极性或第二电容器49的极性被反向布置时，在两个方向上流动的电流都被拦截，从而保护电机驱动装置2。
[0037]此外，当第二系统200中出现故障时，通过控制单元60关闭第二功率继电器46和第二反向连接保护继电器47，控制单元60将第二功率继电器46和第二反向连接保护继电器47置于断开状态，防止电池50向第二逆变器单元30供电。
[0038]此外，在本实施例中，当M0S21至26、31至36、功率继电器41、46以及反向连接保护继电器42、47开启时，它们都处于闭合状态(S卩，处于导通状态)，而当它们关闭时，它们都处于断开状态(即，处于非导通状态)。
[0039]第一电容器44与第一逆变器单兀20并联连接。本实施例的第一电容器44为电解电容器，其通过存储电荷，帮助用于第一逆变器单元20的电源并消除诸如冲击电流的噪声成分。
[0040]类似地，第二电容器49与第二逆变器单元30并联连接。本实施例的第二电容器49为电解电容器，并且电容器49通过存储电荷，帮助用于第二逆变器单元30的电源并消除诸如冲击电流的噪声成分。此外，第一电容器44和第二电容器49可对应于权利要求书中的“电容器”。
[0041]电池50是直流电源，本实施例中电源电压为12V。电池50通过扼流线圈52连接第一功率继电器41以及第二功率继电器46，扼流线圈52与第三电容器51 —起形成滤波电路。
[0042]此外，电池50通过点火开关55连接控制单元60，点火开关55与第一功率继电器41以及第二功率继电器46并联设置。
[0043]在下面的描述中，将设置第一功率继电器41的线指定为“第一 PIG线501”，将设置第二功率继电器46的线指定为“第二 PIG线502”，并将设置点火开关55的线指定为“IG线 505”
[0044]控制单元60设置为普通计算机，并包括CPU、ROM、输入/输出以及将这些组件一起与其他部分连接的总线。经由预驱动器61，控制单元60通过控制第一逆变器单元20的驱动来控制用于第一绕组对17的电源，通过控制第二逆变器单元30的驱动来控制用于第二绕组对18的电源。此外，控制单元60经由预驱动器61控制功率继电器41、46的驱动以及反向连接保护继电器42、47的驱动。此外，为了说明的清楚起见，省略来自预驱动器61的控制线。
[0045]控制单元60通过连接到Ul线圈11 一端的分压电阻器71获取Ul端电压MVUl，并通过连接到Vl线圈12 —端的分压电阻器72获取Vl端电压MVVl，以及通过连接到Wl线圈13 一端的分压电阻器73获取Wl端电压MVW1。此外，Vl线圈12的一端连接到与第一 PIG线501连接的第一上拉电阻器40。第一上拉电阻器40与分压电阻器71、72、73的电阻值相同。具体而言，第一上拉电阻器40的电阻值等于分压电阻器71的电阻值的总和，并等于分压电阻器72的电阻值的总和，以及等于分压电阻器73的电阻值的总和，其中分压电阻器71、72、73的电阻值彼此相等。
[0046]此外，控制单元60通过连接到U2线圈14 一端的分压电阻器74获取U2端电压MVU2,并通过连接到V2线圈15 —端的分压电阻器75获取V2端电压MVV2，以及通过连接到W2线圈16 —端的分压电阻器76获取W2端电压MVW2。此外，V2线圈15的一端连接到与第二 PIG线502连接的第二上拉电阻器45。第二上拉电阻器45与分压电阻器74、75、76的电阻值相同。具体而言，第二上拉电阻器45的电阻值等于分压电阻器74的电阻值的总和，并等于分压电阻器75的电阻值的总和，以及等于分压电阻器76的电阻值的总和，其中分压电阻器74、75、76的电阻值彼此相等。
[0047]控制单元60通过设置于第一 PIG线501上的分压电阻器77获取第一 PIG线501的第一继电器后电压VPIGl，并通过设置于第二 PIG线502上的分压电阻器78获取第二 PIG线502的第二继电器后电压VPIG2，以及通过设置于IG线505上的分压电阻器79获取IG线505的IG电压VIG。
[0048]控制单元60基于端电压MVUl、MVVl、MVWl、MVU2、MVV2、MVW2以及继电器后电压VPIGU VPIG2和IG电压VIG检测电功率转向设备I的故障。
[0049]参照图3和图4，描述本实施例的初始故障诊断处理。当点火开关55开启时，在电功率转向设备I的操作启动之前，通过控制单元60进行初始故障诊断处理。通常，当点火开关55开启时，将M0S21至26、31至36、功率继电器41、46以及反向连接保护继电器42、47都控制为处于关闭(断开)状态。此外，并行地对多个系统的每个系统进行初始故障诊断处理。换言之，相互并行地进行对第一系统100的初始故障诊断处理以及对第二系统200的初始故障诊断处理。因为对第一系统100的初始故障诊断处理与对第二系统200的初始故障诊断处理相类似，所以为了简洁起见，以下描述只描述对第一系统100的初始故障诊断处理，而不提供对第二系统200的相同处理的描述。此外，在本实施例中，假定对于反向连接保护继电器42、47，没有出现故障。
[0050]进行图3所示的功率继电器短路故障检测处理。在S101，控制单元60关闭功率继电器41和反向连接保护继电器42。在S102，获取第一继电器后电压VPIG1。
[0051]在S103，控制单元60确定第一继电器后电压VPIGl是否等于0V。在这种情况下，电压是否等于OV意味着电压有可能不等于OV的精确值，但是可以在接近OV的一定范围内。这同样适用于关于故障检测的阈值等等的所有其他确定。当第一继电器后电压VPIGl不等于OV时(S103:否)，控制单元60进行到S106。当第一继电器后电压VPIGl等于OV时(S103:是)，控制单元60进行至Ij S104。
[0052]在S104，控制单元60将故障计数复位。在S105，控制单元60将功率继电器短路标记复位。[0053]在S106，即在确定第一继电器后电压VPIGl不等于OV之后(S103:否)，控制单元60增加故障计数。
[0054]在S107，控制单元60确定故障计数是否等于或大于预定值NI。当故障计数小于预定值NI时(S107:否)，控制单元60返回S102。当故障计数等于或大于预定值NI时(S107:是)，控制单元60进行到S108。
[0055]在S108，控制单元60确定第一功率继电器41有短路故障，并设置第一功率继电器短路标记。随后，在S109，即在S105或S108之后，控制单元60设置第一功率继电器短路故障检测完成标记，并结束处理本身。
[0056]当第一功率继电器41没有短路故障时，在第一功率继电器41被控制为处于关闭(断开)状态的情况下，第一继电器后电压VPIGl变为0V。另一方面，当第一功率继电器41有短路故障时，第一继电器后电压VPIGl将具有与IG电源VIG相等的值。因此，在本实施例中，基于第一继电器后电压VPIGl的检测值，检测第一功率继电器41的故障(即，第一功率继电器41的短路故障)。
[0057]此外，当检测到第一继电器后电压VPIGl不等于OV的状态NI次时(NI是预定数量)，控制单元60将这种情况确定为第一功率继电器41的短路故障。通过这种方式，防止了第一功率继电器41的短路故障的误确定。也就是说，例如，即使第一继电器后电压VPIGl在传感器误差和/或外部干扰的影响下暂时变为OV时，也不会错误地将其确定为第一功率继电器41的短路故障。
[0058]此外，当基于第一继电器后电压VPIGl检测到这里所述第一功率继电器41的短路故障时，通过类似的处理，基于第二继电器后电压VPIG2来检测第二功率继电器46的短路故障。
[0059]参照图4，描述在图3所示的功率继电器短路故障检测处理之后进行的逆变器故障检测处理。同样，并行地对多个系统的每个系统进行逆变器故障检测处理。为了简洁起见，以下描述只描述对于第一系统100的逆变器故障检测处理，并且不提供对于第二系统200的相同处理的描述。
[0060]在S201，控制单元60确定是否对于所有系统设置短路故障检测完成标记。当不是对于所有系统设置短路故障检测完成标记时(S201:否)，控制单元60重复该确定步骤。当对于所有系统中的每个系统设置短路故障检测完成标记时(S201:是)，控制单元60进行到S202。
[0061]在S202，控制单元60确定是否设置了第一系统100 (即，所关注的系统)的功率继电器短路标记。当没有设置第一系统100的功率继电器短路标记时(S202:是)，控制单元60进行到S204。当设置了第一系统100的功率继电器短路标记时(S202:否)，控制单元60进行至Ij S203。
[0062]在S203，控制单元60存储诊断信息，并结束处理本身，诊断信息指示作为第一系统100的功率继电器的第一功率继电器41具有短路故障。此时，将第一反向连接保护继电器42保持关闭，即，不开启继电器42。
[0063]在S204，即在确定没有设置第一系统100的功率继电器短路标记之后(S202:是)，控制单元60开启第一功率继电器41和第一反向连接保护继电器42。随后，在S205获取端电压 MVUl、MVVl、MVWl。[0064]在S206，控制单元60确定是否每个端电压MVUl、MVVl、MVffl等于OV或等于第一继电器后电压VPIGl。当每个端电压MVUl、MVVl、MVffl等于OV或等于第一继电器后电压VPIGl时(S206:是)，控制单元60进行到S209。当每个端电压MVUl、MVVl、MVWl不等于OV并且不等于第一继电器后电压VPIGl时(S206:否)，控制单元60进行到S207。此外，在S206的确定为否的情况下，Ul端电压MVUl满足条件0〈MVU1〈VPIG1，且其他端电压MVVUMVW1满足类似的条件。
[0065]控制单元60在S207将故障计数复位，并在S208将第一系统故障标记复位，然后结束图4的处理。
[0066]在S209，即在确定每个端电压MVU1、MVV1、MVW1等于OV或等于第一继电器后电压VPIGl (S206:是)，控制单元60增加故障计数。
[0067]在S210，控制单元60确定故障计数是否等于或大于预定值N2。当故障计数小于预定值N2时(S210:否)，控制单元60返回S205。当故障计数等于或大于预定值N2时(S210:是)，控制单元60进行到S211。
[0068]在S211，控制单元60确定第一逆变器单元20或第一绕组对17有故障并设置第一系统故障标记，然后结束处理本身。
[0069]关注第一系统100的U相，在Ul线圈11被短路到接地侧或者Ul相低侧M0S24有短路故障的情况下，Ul端电压MVUl变为0V。此外，当Ul线圈11被短路到第一 PIG线501侧或者Ul相高侧M0S21有短路故障时，Ul端电压MVUl的值等于第一继电器后电压VPIGl。基于端电压MVU1、MVV1、MVW1的检测值以及第一继电器后电压VPIGl的检测值，检测第一逆变器单元20的故障或第一绕组对17的故障。更具体而言，检测第一逆变器单元20每一相的故障或者第一绕组对17每一相的故障。
[0070]此外，当确定每个端电压MVUl、MVVl、MVffl等于OV或者等于第一继电器后电压VPIGl有预定的N2次时，控制单元60确定逆变器单元20或第一绕组对17有短路故障。通过这种方式，即使每个端电压MVU1、MVVU MVffl在传感器误差或外部干扰的影响下暂时变为OV或第一继电器后电压VPIGl时，也能防止逆变器单元20或第一绕组对17有短路故障的错误确定。
[0071]基于Ul端电压MVU1、Vl端电压MVV1、Wl端电压MVWl以及第一继电器后电压VPIGl，检测上述第一逆变器单元20的故障以及第一绕组对17的故障。通过类似的处理，基于U2端电压MVU2、V2端电压MVV2、W2端电压MVW2以及第二继电器后电压VPIG2，检测第二逆变器单元30的故障以及第二绕组对18的故障。
[0072]根据图3的功率继电器短路故障检测处理，当系统与系统之间在S103中否定确定的数量不同时，系统与系统之间启动图4的逆变器故障检测处理的时间也将不同。
[0073]基于第一功率继电器41和第二功率继电器46没有短路故障的假定，下面描述在对于第二系统200的相同处理之前已经结束对于第一系统100的功率继电器短路故障检测处理的情况。
[0074]当第一系统100的功率继电器短路故障检测处理结束时，可以开启第一功率继电器41和反向连接保护继电器42，而不需要等候第二系统200的故障检测处理结束。在这种情况下，通过第一 PIG线501从电池50到第一电容器44的电源被激活，用于将第一电容器44充电。此时,如果第一电容器44处于无电荷状态,则由于第一继电器后电压VPIGl的电势差(即，实际上等于电源电压的电压)所致的冲击电流流入第一电容器44。冲击电流的电流值基于来自电池50的线束的线路电阻和电感以及形成滤波电路的扼流线圈52的电阻和电感来确定。当电荷被收集在第一电容器44中并且作为电容器44中的电势与第一继电器后电压VPIGl之间的差而测量的电势差变得更小时，冲击电流变得更小。
[0075]在这种情况下，进一步假定，当电荷被收集在第一电容器44中使得电容器44处于满电荷状态时，第二系统200的功率继电器短路故障检测处理结束并且第二功率继电器46和第二反向连接保护继电器47开启。
[0076]如上所述，通过具有关于来自电池50的线束等等以及扼流线圈52的电阻和电抗的路径，在其他系统之前，电荷流入第一功率继电器41为其开启的第一系统100中的第一电容器44。另一方面，通过来自第一电容器44的具有极小电阻和电抗的路径，电荷流入后来第二功率继电器46为其开启的第二系统200中的第二电容器49。因此，相比于到第一电容器44的冲击电流，到第二电容器49的冲击电流极大。在将诸如MOSFET这样的半导体元件用作功率继电器41、46以及反向连接保护继电器42、47的情况下，由于冲击电流的电流值超过容许值，或者由于实施功率继电器41、46的衬底的热量生成，或者由于继电器和/或衬底的烧坏，有大的冲击电流可能损坏半导体元件。当首先开启第二功率继电器46和第二反向连接保护继电器47时可能引起相同的损坏。
[0077]因此，在本实施例中，控制单元60在图4的S201确定是否设置了所有系统的短路故障检测完成标记，或者重复这种确定直到对于所有系统设置了这种标记，因此在设置所有系统的短路故障检测完成标记之前，功率继电器41、46不会开启。因此，在等候所有系统的短路故障检测完成标记的设置之后，反向连接保护继电器42、47以及功率继电器41、46开启。通过这种方式，功率继电器41、46以及反向连接保护继电器42、47在基本上相同的开启时间开启。因此，两个电容器44、49的其中一个不会先于另一个充电，因此使得没有大冲击电流通过低阻抗路径从两个电容器44、49的一个流向另一个。
[0078]因为第一逆变器单元20和第二逆变器单元30并联设置，所以相比于第一功率继电器41或者第二功率继电器46的其中一个首先开启的情况，在第一功率继电器41、第一反向连接保护继电器42、第二功率继电器46以及第二反向连接保护继电器47在基本上相同的时间开启的情况下，从电池50流入第一逆变器单元20以及流入第二逆变器单元30的冲击电流量降低了。
[0079]通过这种方式，降低了传输给M0S21至26、31至36、功率继电器41、46以及反向连接保护继电器42、47的冲击电流。因此，对于电机驱动装置而言，不需要使用具有大源极-漏极电流容忍值的半导体元件(例如，具有大芯片尺寸的昂贵半导体元件)。
[0080]在第一功率继电器41、第一反向连接保护继电器42、第二功率继电器46以及第二反向连接保护继电器47在基本上相同的时间开启的情况下，包括第一逆变器单元20和第二逆变器单元30的电路的一部分变为并行等效电路，并减少了这种电路的电阻。当电阻减少时，流入第一电容器44和第二电容器49的冲击电流增加。但是，在本实施例中，来自电池50的线路的电阻以及扼流线圈52的电阻大约是逆变器单元20、30的电阻的3到5倍。因此，通过开启功率继电器41、46等等流入电容器44、49的冲击电流的影响并非如此重要。
[0081]当第一功率继电器41有短路故障时，通过具有如下路径的电压降的电压，将第一电容器44充电，该路径包括(i)有短路故障的第一功率继电器41以及(ii)有关闭状态的第一反向连接保护继电器42的寄生二极管。上述电压降是第一反向连接保护继电器42的寄生二极管的电压降。在本实施例中，第一反向连接保护继电器42不会开启，S卩，当第一功率继电器41有短路故障时，将继电器42保持为关闭状态(图4的S202:否)。此时，即使第二功率继电器46和第二反向连接保护继电器47开启时，由于第一反向连接保护继电器42的寄生二极管的作用，也没有冲击电流从处于充电状态的第一电容器44流向第二系统200侧(即，更具体而言，流向第二电容器49)。
[0082]当第二功率继电器46没有短路故障时，第二功率继电器46和第二反向连接保护继电器47开启，以进行第二逆变器单元30和第二绕组对18的故障检测。在没有检测到故障的情况下，只利用第二系统200驱动电机10，并通过电功率转向设备I进行方向盘91的转向辅助。
[0083]相同的配置应用于第二功率继电器46有短路故障以及第一功率继电器41没有短路故障的情况。
[0084]如上充分所述，用于驱动具有多个绕组对17、18的电机10的电机驱动装置2包括逆变器单元20、30、电容器44、49、功率继电器41、46以及控制单元60。逆变器单元20、30对应于多个绕组对17、18设置，并且相互并联连接到电池50。电容器44、49对应于逆变器单元20、30设置。功率继电器41、46被设置在电池50与逆变器单元20、30之间的位置，并对应于逆变器单元20、30设置。控制单元60具有驱动控制单元和故障检测单元。驱动控制单元控制逆变器单元20、30的驱动和功率继电器41、46的驱动。此外，故障检测单元检测功率继电器41、46的短路故障(图3的S108)。此外，驱动控制单元同时开启没有短路故障的功率继电器41、46 (图4的S204)。
[0085]在本实施例中，没有短路故障的功率继电器41、46被同时开启。因此，某些电容器44,49中未存储电荷，并且大电流未通过低阻抗路径从电容器44、49流向其他系统。因此，防止了由于大电流引起的、对功率继电器41、46、反向连接保护继电器42、47或者电机驱动装置2的其他电子组件的损坏。
[0086]此外，因为逆变器单元20、30相互并联连接到电池50，所以减少了从功率继电器41、46流向逆变器单元20、30的冲击电流。通过这种方式，可将具有小芯片尺寸的廉价半导体元件用作M0S21至26、31至36、功率继电器41、46以及反向连接保护继电器42、47。也就是说，可以减少电机驱动装置，特别是上面实施逆变器单元20、30等等的控制衬底的成本和尺寸。
[0087]本实施例的电机驱动装置2包括设置在功率继电器41、46与逆变器单元20、30之间的反向连接保护继电器42、47。反向连接保护继电器42、47的驱动由控制单元60控制。功率继电器41、46以及反向连接保护继电器42、47是具有寄生二极管的半导体元件。此外，反向连接保护继电器42、47的寄生二极管相对于功率继电器41、46的寄生二极管的方向反向设置。
[0088]因为功率继电器41、46以及反向连接保护继电器42、47被实施为半导体元件，所以这些继电器相比于机械接触式继电器具有更小的体积。
[0089]此外，第一功率继电器41的寄生二极管与第一反向连接保护继电器42的寄生二极管被设置在相反方向上，用于拦截在两个方向上流动的电流。因此，即使充当电源的电池50的极性与第一电容器44的极性被误置为具有相反方向时，也可以保护电机驱动装置2的电路。类似地，第二功率继电器46的寄生二极管与第二反向连接保护继电器47的寄生二极管被设置在相反方向上，用于拦截在两个方向上流动的电流。因此，即使充当电源的电池50的极性与第二电容器49的极性被误置为具有相反方向时，也可以保护电机驱动装置2的电路。
[0090]当功率继电器41、46的一部分有短路故障时，将对应于功率继电器42、47设置的反向连接保护继电器42、47关闭。
[0091]当第一功率继电器41有短路故障时，将第一反向连接保护继电器42保持关闭(即，不开启)。因此，即使在第一电容器44具有充电状态的情况下、将第二功率继电器46和第二反向连接保护继电器47开启，由于第一反向连接保护继电器42的寄生二极管的作用，也能防止大电流从第一电容器44流向第二系统200。类似地，当第二功率继电器46有短路故障时，将第二反向连接保护继电器47保持关闭(S卩，不开启)。因此，即使在第二电容器49具有充电状态的情况下、将第一功率继电器41和第一反向连接保护继电器42开启，由于第二反向连接保护继电器47的寄生二极管的作用，也能防止大电流从第二电容器49流向第二系统200。
[0092]本实施例的电功率转向设备I包括电机10和电机驱动装置2。本实施例的电机10由第一系统100和第二系统200驱动。此外，当第一系统100或第二系统200中出现故障时，通过关闭故障系统，继续电机10的驱动。换言之，将故障系统的功率继电器41、46以及反向连接保护继电器42、47关闭，并继续向无故障系统供电。通过这种方式，即使两个系统的其中一个有故障，通过利用无故障系统继续电机10的驱动，从而通过利用电功率转向设备I，实现持续对方向盘91的转向操作的转向辅助。
[0093]在本实施例中，控制单元60充当“驱动控制单元”和“故障检测单元”。此外，图4的S204充当由“驱动控制单元”进行的处理，而图3的S108充当由“故障检测单元”进行的处理。
[0094](改型)
[0095]虽然参照附图结合以上实施例充分描述了本公开，但是要注意，对于本领域技术人员而言，各种变型和改型将变得显而易见。
[0096]在以上实施例中，将电机和电机驱动装置描述为具有两个系统。但是，系统的数量可以是3个或更多。例如，当第一系统和第二系统用于正常使用，而第三系统用于后备使用时，可将第一系统和第二系统的功率继电器同时开启，并且可将第三系统的功率继电器保持不开启。换言之，虽然非正常使用的系统的功率继电器可以保持不开启，但是可以专门开启用于电机驱动的系统的功率继电器。
[0097]也就是说，例如，在点火开关的开启与点火开关的关闭之间的周期里，如果电机驱动装置处于首先开启多个系统的一部分的功率继电器、以将开启系统的电容器充电的状态下，只有应当开启的功率继电器可以被开启，只要多个系统其余部分中的功率继电器不被开启。
[0098]在以上实施例中，假定了反向连接保护继电器没有短路故障。但是，控制单元可以获取功率继电器与反向连接保护继电器之间的电压，并且可以基于获取的电压检测反向连接保护继电器的故障。优选在功率继电器短路故障检测处理与逆变器故障检测处理之间，进行用于检测反向连接保护继电器的故障的故障检测处理。[0099]此外，用于检测短路故障的检测方法以及用于控制电机驱动装置的控制方法可以是任何方法，只要应当开启的功率继电器被配置为在功率继电器的短路故障的检测之后同时开启。
[0100]在以上实施例中，将MOSFET用作逆变器单元、电机继电器、功率继电器和反向连接保护继电器的开关元件。但是，可将诸如机械接触式继电器的其他半导体元件用作相同的组件。此外，可将逆变器单元、电机继电器、功率继电器和反向连接保护继电器的开关元件实施为不同的半导体元件和/或继电器。在这种情况下，寄生在半导体元件上的寄生二极管可以是二极管，但是也可以是闸流管等等。
[0101]此外，虽然在以上实施例中，向每个系统提供3个电容器，但是一个系统中电容器的数量可以任意确定。
[0102]在以上实施例中，将电机驱动装置应用于电功率转向设备。但是，可将电机驱动装置应用于除了电功率转向设备之外的其他设备。
[0103]这些变型和改型被理解为落入后附权利要求书中限定的本公开的范围。
【权利要求】
1.一种用于驱动具有多个绕组对(17，18)的电机(10)的电机驱动装置(2)，所述电机驱动装置(2)包括: 用于所述多个绕组对(17，18)的多个逆变器单元(20，30)，所述多个逆变器单元(20，30)相互并联地耦接到电源(50)； 多个电容器(44，49)，耦接到所述多个逆变器单元(20，30)； 多个功率继电器(41，46)，设置于所述电源(50)与所述多个逆变器单元(20，30)之间；以及 控制单元(60)，具有驱动控制单元和故障检测单元(S108)，所述驱动控制单元控制所述逆变器单元(20，30)的驱动以及所述功率继电器(41，46)的驱动，并且所述故障检测单元(S108)检测所述功率继电器(41，46)的短路故障，其中所述驱动控制单元同时开启被所述故障检测单元(S108)检测为没有短路故障的功率继电器(41，46)。
2.根据权利要求1所述的电机驱动装置(2)，还包括: 多个反向连接保护继电器(42，47)，设置于所述功率继电器(41，46)与所述多个逆变器单元(20，30)之间，其中 所述驱动控制单元控制所述反向连接保护继电器(42，47 )的驱动， 所述功率继电器(41，46)以及所述反向连接保护继电器(42，47)是具有寄生二极管的半导体元件，以及 所述反向连接保护继电器(42，47)的所述寄生二极管沿相对于所述功率继电器(41，46)的寄生二极管的方向的相反方向设置。
3.根据权利要求2所述的电机驱动装置(2)，其中 所述驱动控制单元关闭为被所述故障检测单元(S108)检测为有短路故障的所述功率继电器(41，46 )而设置的所述反向连接保护继电器(42，47 )。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机驱动装置(2)，其适于电功率转向设备。
【文档编号】H02H11/00GK103633922SQ201310379383
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2012年8月27日
【发明者】瓜生信彦, 松田直树 申请人:株式会社电装